ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΕΝΤΥΠΟΥ ΚΑΙ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ

Πολυμέσα,Επεξεργασία Ήχου και Επεξεργασία Βίντεο

Συγγραφική ομάδα:                                                  Εποπτεία:

Παπαντωνίου Ιάκωβος, Β.Δ Α΄                 Χατζησάββας Γιώργος, ΕΜ

Α. ΠΟΛΥΜΕΣΑ

ΠΟΛΥΜΕΣΑ

Ορισμός

Τα πολυμέσα είναι μία από τις πιο πολυσυζητημένες τεχνολογίες των αρχών της δεκαετίας του 90. Το ενδιαφέρον αυτό είναι απόλυτα δικαιολογημένο, αφού τα πολυμέσα αποτελούν το σημείο συνάντησης πέντε μεγάλων βιομηχανιών: της πληροφορικής, των τηλεπικοινωνιών, ηλεκτρονικών εκδόσεων, της βιομηχανίας audio και video καθώς και της βιομηχανίας της τηλεόρασης και του κινηματογράφου

Στη Πληροφορική ο όρος Πολυμέσα χρησιμοποιείται σε διάφορες εκφράσεις όπως

• εφαρμογές πολυμέσων
• υπολογιστής πολυμέσων,
• συστήματα πολυμέσων,
• λογισμικό ανάπτυξης πολυμέσων.

Εφαρμογές πολυμέσων είναι οι εφαρμογές στις οποίες γίνεται ενσωμάτωση διαφορετικών μορφών πληροφορίας σε ψηφιακή μορφή, που να μπορεί να αποθηκευτεί, να μεταδοθεί, και να υποστεί επεξεργασία. Μεταξύ άλλων εφαρμογές πολυμέσων χρησιμοποιούνται :

n  Στη ψυχαγωγία (ηλεκτρονικά παιγνίδια)

n  Στις επιχειρήσεις(πωλήσεις, επιμόρφωση προσωπικού)

n  Οργανισμούς κοινής ωφελείας(μουσεία, αεροδρόμια)

n  Εκπαίδευση (ηλεκτρονικές εγκυκλοπαίδειες και λεξικά, εκπαιδευτικά προγράμματα κλπ).

Για τη παρουσίαση μιας εφαρμογής πολυμέσων απαιτείται ειδικός εξοπλισμός που περιλαμβάνει: γρήγορο επεξεργαστή με μεγάλη μνήμη RAM, συσκευές εισόδου (ποντίκι, πληκτρολόγιο) οδηγό οπτικού δίσκου ( CD – ROM ή DVD), modem σκληρό δίσκο μεγάλης χωρητικότητας, και συσκευές εξόδου (οθόνη και κάρτα οθόνης,  οθόνη αφής,  ηχεία και κάρτα ήχου,  προβολέα παρουσιάσεων).

n  Για τη δημιουργία τους απαιτείται ένα σύστημα ανάπτυξης πολυμέσων, δηλαδή υπολογιστικό σύστημα  με ειδικό εξοπλισμό σε υλικό και λογισμικό για τη δημιουργία και επεξεργασία των στοιχείων μιας εφαρμογής, την αποθήκευση αυτών των στοιχείων, τη σύνθεση τους σε ενιαία εφαρμογή με τη βοήθεια λογισμικού ανάπτυξης εφαρμογών πολυμέσων και την αναπαραγωγή και διάθεση του τελικού προϊόντος. Το σύστημα αυτό αποτελείται από όλα όσα περιγράψαμε στο σύστημα παρουσιάσεων και επιπρόσθετα:

n  Συσκευή  Βίντεο

n  Βιντεοκάμερα και Κάρτα Video

n  Μικρόφωνο

n  Ψηφιακό Κασετόφωνο

n  Ψηφιακή Φωτογραφική Μηχανή και Video

n  Σαρωτής

n  Μαγνητικά Αποθηκευτικά Μέσα

n  Εγγραφέας Cd (Cd Recorder )

n  Οθόνη

n  Οδηγός Dvd.

Συνοπτικά μπορούμε να πούμε ότι τα:

Πολυμέσα είναι ο κλάδος της πληροφορικής τεχνολογίας, ο οποίος ασχολείται με το συνδυασμό ψηφιακών δεδομένων πολλαπλών μορφών δηλαδή κειμένου, γραφικών, ακίνητης εικόνας, κινούμενης εικόνας, ήχου και βίντεο, για την αναπαράσταση, παρουσίαση, αποθήκευση, μετάδοση και επεξεργασία πληροφοριών.

Δομικά Στοιχεία Πολυμέσων

Τα δομικά στοιχεία των πολυμέσων είναι τα εξής :.

• Κείμενο
• Εικόνα και Γραφικά
• Ήχος
• Κινούμενη εικόνα (animation)
• Βίντεο

Εικόνες              

Η  εικόνα έχει γίνει απαραίτητο στοιχείο κάθε σύγχρονης εφαρμογής. Ακόμα και σε περιπτώσεις όπου η εικόνα δεν αποτελεί αντικείμενο της εφαρμογής, οι απαιτήσεις για απλά και κατανοητά interfaces εισάγουν αναπόφευκτα την εικόνα.

Μορφές Ψηφιακής εικόνας

Υπάρχουν δύο μορφές ψηφιακής εικόνας.

 Οι χαρτογραφικές ή ψηφιογραφικές και οι διανυσματικές.

1. Χαρτογραφικές εικόνες (bitmap graphics)

Μια χαρτογραφική εικόνα χαρακτηρίζεται από τρεις παραμέτρους:

 Α) Ανάλυση (Resolution). Εκφράζει την πυκνότητα των

     εικονοστοιχείων της εικόνας σε κάθε διάσταση και μετριέται

     σε σημεία ανά ίντσα (dots per inch, dpi). Όσο περισσότερα

     εικονοστοιχεία τόσο μεγαλύτερη η ανάλυση και κατά   

     συνέπεια τόσο υψηλότερη η ποιότητα της εικόνας.

 Β) Χρωματικό βάθος. Καθορίζεται από τον αριθμό των bit που

      χρησιμοποιούνται για τη χρωματική περιγραφή ενός pixel.

      Έτσι μια εικόνα με χρωματικό βάθος 8 bits αποδίδει 2⁸=256

      χρώματα ενώ με 16 bits αποδίδονται 2¹⁶ =65536 χρώματα.

      Για τέλεια χρωματική απόδοση πραγματικού χρώματος (true

      color) απαιτούνται 24 bits, οπότε η εικόνα διαθέτει περίπου

      16,8 εκατομμύρια (2²⁴ ) χρώματα.

 Γ) Μέγεθος.  Η εικόνα ανεξάρτητα από το σχήμα της

     καταλαμβάνει το χώρο ενός ορθογωνίου παραλληλογράμμου

     που την περιβάλλει.

Οι χαρτογραφικές εικόνες είναι κατάλληλες για τρισδιάστατες και φωτορεαλιστικές απεικονίσεις, καθώς διαθέτουν μεγάλο φάσμα δυνατών χρωμάτων και ψηλό επίπεδο σκιάσεων ή λεπτομερειών.

2. Διανυσματικές εικόνες (vector ή draw-type graphics)

Στις εικόνες διανυσματικού τύπου τα στοιχεία τους απεικονίζονται με γεωμετρικό τρόπο, με τη βοήθεια γραμμών, ορθογωνίων, ελλείψεων ή τόξων.

Το μέγεθος των διανυσματικών αρχείων εξαρτάται από την πολυπλοκότητα των σχημάτων που περιγράφουν.

Είναι σημαντικά μικρότερο σε σχέση με αντίστοιχα χαρτογραφικά αρχεία, επειδή αποθηκεύονται μόνο οι πληροφορίες που είναι απαραίτητες για τον σχεδιασμό των σχημάτων.

Τα διανυσματικά αρχεία παρέχουν δυνατότητες μεγέθυνσης, σμίκρυνσης και περιστροφής των σχημάτων, χωρίς να προκαλούν αλλοιώσεις.

Για τη δημιουργία ενός σχήματος επιτρέπεται ο προσδιορισμός ενός μόνο χρώματος. Έτσι είναι δυνατό να ενσωματώσουν φωτορεαλιστική ποιότητα, σε αντίθεση με τις χαρτογραφικές εικόνες όπου μπορούμε να αλλάξουμε το χρώμα του κάθε pixel.

Λογισμικό δημιουργίας ψηφιακών εικόνων

1.  Εργαλεία ζωγραφικής (Paint tools)

      Δημιουργούν χαρτογραφικές εικόνες  (Paint, Director 5 …)

2.  Εργαλεία σχεδίασης (drawing tools)

      Δημιουργούν διανυσματικές εικόνες  (Adobe Illustrator,

      CorelDraw, DeskDraw, προγράμματα σχεδίασης CAD…)

3.  Εργαλεία επεξεργασίας εικόνας (Image editing tools)

      Με αυτά μπορούμε να έχουμε

1.    Σάρωση εικόνας

2.    Ρύθμιση της ισορροπίας των χρωμάτων

3.    Ρύθμιση της φωτεινότητας

4.    Χρήση φίλτρων

5.    Αποθήκευση της εικόνας σε διαφορετικές μορφοποιήσεις.

          Παράδειγμα:  (Adobe Photoshop )

     

Τρόποι με τους οποίους επιτυγχάνεται ψηφιοποίηση εικόνων (μετατροπή αναλογικής εικόνας σε ψηφιακή)

1.    Ψηφιοποίηση εικόνων μέσω Σαρωτή.

2.    Φωτογράφηση με Ψηφιακή φωτογραφική μηχανή.

3.    Σύλληψη εικόνας από την οθόνη του υπολογιστή.

4.    Σύλληψης εικόνας βίντεο μέσω ειδικής κάρτας.

Το πρότυπο JPEG

Το JPEG είναι ένα πρότυπο του ISO το οποίο σχεδιάστηκε από την ομάδα Joint Photographic Expert Group σε συνεργασία με την Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών (International Telecommunication Union, ITU-TS). Είναι  ίσως για το σημαντικότερο και πιο αποτελεσματικό πρότυπο συμπίεσης εικόνας.

Πρόκειται για αλγόριθμο συμπίεσης με απώλειες δεδομένων και χρησιμοποιείται και στα Macintosh και στα windows. Υποστηρίζει λόγο συμπίεσης της τάξης 20:1 χωρίς ορατές αλλοιώσεις στην εικόνα , ενώ μπορεί να υποστηρίξει συμπίεση μέχρι 75:1.

Η αποσυμπίεση γίνεται αυτόματα

Οι εικόνες JPEG μπορούν να περιέχουν αληθινό χρώμα (24 bit) .

Στην εικόνα φαίνονται τα μεγέθη του ίδιου αρχείου που έχει αποθηκευτεί ως pict και ως  jpg με διάφορους βαθμούς συμπίεσης.

              

Δομικά Στοιχεία Πολυμέσων

Βίντεο

Το βίντεο εμπλουτίζει , βελτιώνει  και δίνει έμφαση σε μια εφαρμογή . Προσθέτει ρεαλισμό, προκαλεί θετική διάθεση και συντελεί στη ενθάρρυνση του χρήστη. Με τη προσθήκη ενός προσεκτικά επιλεγμένου αποσπάσματος βίντεο το ακροατήριο μπορεί να κατανοήσει καλύτερα ένα μήνυμα , παρακολουθώντας το ίδιο το γεγονός και όχι μια απλή περιγραφή μέσω κειμένου.

Η παρουσίαση των πρώτων εφαρμογών για προσωπικούς υπολογιστές που έκαναν χρήση video δημιούργησε ένα πολύ μεγάλο ενδιαφέρον. Παρ’ όλα αυτά, ο τρόπος με τον οποίο θα χρησιμοποιηθεί αυτή η νέα τεχνολογία στο μέλλον δεν είναι ακόμα ξεκάθαρος. Οι  εφαρμογές  που υπάρχουν σήμερα μπορούν να χωριστούν σε δυο κατηγορίες:

1.    αναπαραγωγή αποθηκευμένου οπτικοακουστικού υλικού

2.    οπτικοακουστική επικοινωνία πραγματικού χρόνου.

Η πρώτη κατηγορία είναι πιο καλά καθορισμένη και χρησιμοποιείται πάρα πολύ. Υπάρχουν πολλές εκπαιδευτικές και ψυχαγωγικές εφαρμογές στις οποίες μέρος της πληροφορίας βρίσκεται σε μορφή video  που αναπαράγεται ανάλογα με τις ανάγκες της εφαρμογής.

Η οπτικοακουστική επικοινωνία μπορεί να είναι ένας-προς-έναν, όπως για παράδειγμα η συνομιλία δύο ατόμων μέσω υπολογιστή που είναι εφοδιασμένος με κάμερα και συνδεδεμένος σε  δίκτυο

Σε πολλές περιπτώσεις το μοντέλο επικοινωνίας ένας-προς-πολλούς είναι πιο κατάλληλο. Για παράδειγμα, οι υπάλληλοι μιας εταιρείας ή οι φοιτητές ενός πανεπιστημίου μπορούν να παρακολουθούν ένα σεμινάριο που γίνεται σε κάποια άλλη τοποθεσία λαμβάνοντας την εικόνα μέσω δικτύου και αναπαράγοντας την στον υπολογιστή τους. Αυτές οι εφαρμογές έχουν το μεγάλο μειονέκτημα ότι για να σταλεί το σήμα σε  πολλούς παραλήπτες απαιτούνται ταχύτατα δίκτυα και εξυπηρετητές.

Τρόποι ενσωμάτωσης βίντεο σε μια πολυμεσική εφαρμογή

v  Βίντεο περιεχομένου

Χρησιμοποιείται για

·         Να δοθεί έμφαση σε συγκεκριμένα στοιχεία που σχετίζονται με το θέμα

·         Να επεξηγηθούν καλύτερα δυσνόητες έννοιες

·         Για παρουσίαση ιστορικών ντοκουμέντων ή μαρτυριών

·         Για την επίδειξη ή αναλυτική παρουσίαση πολύπλοκων διαδικασιών (φυσικά φαινόμενα, τεχνολογικά επιτεύγματα κλπ).

v  Χρηστικό βίντεο

·         Οδηγίες πλοήγησης και πληροφορίες για το χειρισμό των πλήκτρων χρήσης.

·         Αλλαγή πλάνων για τη μετάβαση από μια ενότητα στην επόμενη

·         Εισαγωγή κίνησης σε τίτλους ή εικονίδια που χρησιμοποιεί ένα απόσπασμα βίντεο.

Ψηφιακό βίντεο

·         Σύλληψη βίντεο

Μπορεί να γίνει με ψηφιακή κάμερα η οποία συνδέεται άμεσα στον υπολογιστή για τη καταγραφή του σήματος απευθείας  στο σκληρό δίσκο.

Το βίντεο που προέρχεται από αναλογικές πηγές όπως βιντεοκάμερα , συσκευή βίντεο, τηλεόραση κλπ θα πρέπει να ψηφιοποιηθεί ώστε να είναι δυνατή η ενσωμάτωσή του στην εφαρμογή.  Αυτό γίνεται από την κάρτα σύλληψης βίντεο (video capture card). Στη συνέχεια τα δεδομένα αποθηκεύονται στο δίσκο σε ένα αρχείο βίντεο .

Η ψηφιοποίηση του σήματος βίντεο χαρακτηρίζεται από τις εξής παραμέτρους:

Α) Συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate   - 10MHz))

Β) Ταχύτητα πλαισίων (frame rate   - 25fps)

Γ)  Μέγεθος εικόνας (image size 320 x 240)

Δ)  Χρωματικό βάθος (color depth)

·         Επεξεργασία βίντεο

 Ένα εργαλείο επεξεργασίας βίντεο (όπως window movie maker, Adobe Premiere, Video shop, Media – Studio Pro κλπ ) επιτρέπει:

·         Αφαίρεση των πλαισίων που δεν είναι απαραίτητα

·         Εισαγωγή νέων πλαισίων

·         Συγχώνευση και μοντάζ διαφορετικών αρχείων βίντεο

·         Προσθήκη αλλαγής πλάνων

·         Προσθήκη ειδικών εφέ σε εικόνες

·         Προσθήκη μουσικής και ηχητικών εφέ

·         Ρύθμιση και συγχρονισμός ήχου και βίντεο κλπ.

Οι κυριότερες μορφοποιήσεις (format ) που χρησιμοποιούνται είναι:

Α)QuickTime

Β) Audio Video Interleaved (AVI)

Γ) Windows Media Video (WMV)

           Συμπίεση βίντεο

Οι κυριότεροι λόγοι που επιβάλουν την χρήση των τεχνικών της συμπίεσης είναι τρεις:

·         οι υψηλές απαιτήσεις σε χώρο αποθήκευσης των δεδομένων τους,

·         οι σχετικά αργές συσκευές αποθήκευσης που δεν μπορούν να αναπαράγουν τα δεδομένα των εφαρμογών (ιδιαίτερα το video) σε πραγματικό χρόνο,

·         και το εύρος φάσματος που απαιτείται για τη μεταφορά των δεδομένων στα δίκτυα των υπολογιστών σε πραγματικό χρόνο.

Για παράδειγμα ένα συγκεκριμένο καρέ από έγχρωμο video μεγέθους 640Χ480 εικονοστοιχεία και 24-bit βάθους χρώματος θα καταλάβει περίπου 1Mbyte. Για ένα πραγματικό ρυθμό 30 frames/sec θα ισοδυναμούσε σε 30 Μbyte για ένα δευτερόλεπτο video. Μία τυπική εφαρμογή πολυμέσων ίσως χρειαστεί περισσότερο από 30 λεπτά από video, 2000 εικόνες, και 40 λεπτά από ήχο stereo σε κάθε μεριά του laser disc. Αυτή η εφαρμογή θα χρειάζονταν περίπου 50 Gbyte από χώρο αποθήκευσης για την πληροφορία video, 15 Gbytes για τις εικόνες, και 0.4 Gbytes για τον ήχο. Αυτό δίνει ένα συνολικό μέγεθος 65.4 Gbytes από αποθηκευτικό χώρο σε όλο τον δίσκο.

Ακόμη και εάν είχαμε αρκετό χώρο διαθέσιμο δεν θα ήμασταν σε θέση να παίξουμε το video σε πραγματικό χρόνο εξαιτίας του ανεπαρκούς ρυθμού λειτουργίας των συσκευών αποθήκευσης. Η ταχύτητα του αποθηκευτικού μέσου θα έπρεπε να είναι 30MΒyte/s. Ωστόσο η σημερινή τεχνολογία των CD-ROM δίνει  μία ταχύτητα διαμεταγωγής δεδομένων 600kΒyte/s. Με την υπάρχουσα λοιπόν τεχνολογία στο χώρο των αποθηκευτικών μέσων, η μόνη λύση είναι να συμπιέζουμε τα δεδομένα πριν την αποθήκευσή τους και να τα αποσυμπιέσουμε πριν την αναπαραγωγή τους.
Οι μοντέρνες τεχνικές συμπίεσης εικόνας και video μειώνουν αυτές  τις τρομακτικές απαιτήσεις σε μέσα αποθήκευσης. Προηγμένες μέθοδοι μπορούν να συμπιέσουν μια τυπική εικόνα κατά μία σχέση από 10:1 μέχρι 50:1 πετυχαίνοντας συμπίεση video μέχρι και 200:1.

Απαιτήσεις σε αποθηκευτικό χώρο διαφόρων τύπων δεδομένων.
	Είδος δεδομένων	Παράδειγμα απαιτούμενου μεγέθους και εύρος φάσματος
Κείμενο (text)	ASCII, EBCDIC	2 KB/σελίδα
Εικόνα (Image)	Γραφικά bitmap ακίνητες εικόνες, Fax	Δείγμα: 64 KB/εικόνα Λεπτομερής, έγχρωμη: 7.5 MB/εικόνα
Ηχος (Audio)	Μη κωδικοποιημένος ήχος ή φωνή	6-44KB/sec για ποιότητα τηλεφώνου (8khz, 8bit, mono) 176 KB/s για ποιότητα CD-DA (44.1 kHz, 16 bit, stereo)
Animation	Συγχρονισμένη εικονοσειρά σε 15 έως 19 fps	2.5 MB/sec για 320Χ640pixel/frame (16-bit χρώμα)
Video	Αναλογικό ή ψηφιακό σήμα με τους παλμούς χρονισμού στα 24-30 fps	27.7 MByte/s για 640Χ480pixel/frame (24-bit χρώμα) 30 fps